El principio de funcionamiento de la batería solar: cómo se organiza y funciona el panel solar

reloj de agua

Este método de control del dispositivo giratorio fue inventado por un estudiante canadiense emprendedor y se encarga de girar solo un eje, el horizontal.

El principio de funcionamiento también es simple y es el siguiente:

1. La batería solar se instala en su posición original cuando los rayos del sol inciden perpendicularmente sobre la fotocélula.
2. Después de eso, se une un recipiente con agua a uno de los lados, y algún objeto del mismo peso que el recipiente con agua se une al otro lado. El fondo del recipiente debe tener un pequeño agujero.
3. A través de él, el agua saldrá gradualmente del tanque, por lo que el peso disminuirá y el panel se inclinará lentamente hacia el contrapeso. Será necesario determinar experimentalmente las dimensiones del orificio para el contenedor.

Este método es el más simple.Además, ahorra recursos materiales que se gastarían en la compra de un motor, como es el caso de un mecanismo de relojería. Además, usted mismo puede instalar el mecanismo giratorio en forma de reloj de agua, sin siquiera tener ningún conocimiento especial.

Los beneficios de los paneles solares.

La energía solar es un área prometedora que está en constante desarrollo. Tienen varias ventajas principales. Facilidad de uso, larga vida, seguridad y asequibilidad.

Los aspectos positivos del uso de este tipo de batería:

• Renovable: esta fuente de energía prácticamente no tiene restricciones, además, es gratuita. Al menos durante los próximos 6.500 millones de años. Es necesario seleccionar el equipo, instalarlo y usarlo para el propósito previsto (en una casa privada o parcela de cabaña).
• Abundancia - La superficie de la tierra recibe en promedio unos 120.000 teravatios de energía, que es 20 veces el consumo de energía actual. Los paneles solares para cabañas o casas privadas tienen un gran potencial de uso.
• Constancia: la energía solar es constante, por lo tanto, la humanidad no está amenazada con un gasto excesivo en el proceso de su uso.
• Disponibilidad: la energía solar se puede generar en cualquier área, siempre que haya luz natural. Sin embargo, la mayoría de las veces se usa para calentar el hogar.
• Limpieza ecológica: la energía solar es una industria prometedora que reemplazará a las centrales eléctricas que operan con recursos no renovables: gas, turba, carbón y petróleo en el futuro. Seguro para la salud de personas y mascotas.

• Durante la producción de paneles y la instalación de plantas de energía solar, no se producen emisiones significativas de sustancias nocivas o tóxicas a la atmósfera.
• Silenciosa: la generación de electricidad es casi silenciosa y, por lo tanto, este tipo de planta de energía es mejor que los parques eólicos. Su trabajo va acompañado de un zumbido constante, por lo que el equipo falla rápidamente y los empleados deben tomar descansos frecuentes.
• Rentable: al usar paneles solares, los propietarios experimentan una reducción significativa en las facturas de servicios públicos de electricidad. Los paneles tienen una larga vida útil: el fabricante otorga una garantía sobre los paneles de 20 a 25 años. Al mismo tiempo, el mantenimiento de toda la central eléctrica se reduce a la limpieza periódica (cada 5-6 meses) de la suciedad y el polvo de las superficies de los paneles.

El principio de funcionamiento de la batería solar.

Como resultado del flujo de carga en el límite de las capas p y n, se forma una zona de carga positiva no compensada en la capa n, y se forma una carga negativa en la capa p, es decir conocido por todos del curso escolar de física p-n-junction. La diferencia de potencial que se produce en la transición, la diferencia de potencial de contacto (barrera de potencial) impide el paso de electrones desde la capa p, pero deja pasar libremente portadores menores en la dirección opuesta, lo que hace posible obtener foto-CEM cuando incide la luz del sol. la celda solar

Cuando se exponen a la luz solar, los fotones absorbidos comienzan a generar pares de agujeros de electrones que no están en equilibrio. Los electrones generados cerca de la transición pasan de la capa p a la región n.

De manera similar, el exceso de agujeros y la capa n entran en la capa p (figura a). Resulta que se acumula una carga positiva en la capa p y una carga negativa se acumula en la capa n, lo que genera un voltaje en el circuito externo (Figura b). La fuente de corriente tiene dos polos: positivo - capa p y negativo - capa n.

Este es el principio básico de cómo funcionan las células solares. Por lo tanto, los electrones parecen estar corriendo en un círculo, es decir, deja la capa p y regresa a la capa n, pasando por la carga (acumulador).

El flujo de salida fotoeléctrico en un elemento de unión simple es proporcionado solo por aquellos electrones que tienen una energía superior al ancho de una determinada banda prohibida. Los que tienen menos energía no participan en este proceso. Esta restricción se puede eliminar mediante estructuras multicapa que constan de más de un SC, en las que banda prohibida diferente. Se denominan cascada, unión múltiple o tándem. Su conversión fotoeléctrica es mayor debido al hecho de que tales células solares funcionan con un espectro solar más amplio. En ellos se ubican fotocélulas a medida que la banda prohibida disminuye. Los rayos del sol inciden primero en la fotocélula con la zona más ancha, mientras se produce la absorción de fotones con la energía más alta.

Luego, los fotones que pasan por la capa superior caen sobre el siguiente elemento, y así sucesivamente. En el campo de los elementos en cascada, la principal dirección de investigación es el uso de arseniuro de galio como uno o varios componentes. Dichos elementos tienen una eficiencia de conversión del 35%. Los elementos están conectados a una batería, ya que las capacidades técnicas no permiten fabricar un elemento separado de gran tamaño (por lo tanto, potencia).

Las células solares pueden funcionar durante mucho tiempo.Han demostrado ser una fuente de energía estable y confiable, ya que han sido probados en el espacio, donde el principal peligro para ellos es el polvo meteórico y la radiación, que conducen a la erosión de los elementos de silicio. Pero, dado que, en la Tierra, estos factores no tienen un efecto tan negativo sobre ellos, se puede suponer que la vida útil de los elementos será aún más larga.

Los paneles solares ya están al servicio del hombre, siendo fuente de energía para diversos dispositivos, que van desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos.

Y este es ya el segundo intento del hombre de frenar la energía solar sin límites, obligándola a trabajar por su propio bien. El primer intento fue crear colectores solares, en los que se generaba electricidad calentando agua hasta el punto de ebullición con los rayos concentrados del sol.

La ventaja de las baterías solares es que producen electricidad directamente, perdiendo mucha menos energía que los colectores solares multietapa, en los que el proceso de obtención está asociado a la concentración de los rayos del sol, calentando el agua, generando vapor que hace girar una turbina de vapor. , y solo después de eso generar electricidad mediante un generador. Los principales parámetros de los paneles solares: en primer lugar, potencia.

Entonces es importante cuánta energía tienen

Este parámetro depende de la capacidad de las baterías y su número. El tercer parámetro es el consumo máximo de energía, lo que significa el número de conexiones simultáneas posibles de dispositivos. Otro parámetro importante es la tensión nominal, que determina la elección del equipo adicional: inversor, panel solar, controlador, batería.

Ventajas y desventajas

Los paneles solares, como otros dispositivos, tienen sus propias ventajas y desventajas. Las ventajas indudables de estos sistemas incluyen las siguientes:

• La posibilidad de funcionamiento autónomo le permite organizar el suministro de energía de objetos, dispositivos electrónicos e iluminación, de forma remota a una distancia considerable de las redes eléctricas estacionarias.
• Ahorro significativo de costos durante la operación. La luz del sol que se convierte en electricidad no cuesta nada y no requiere costos adicionales. Solo debe pagar por los inversores y las baterías que requieren un reemplazo periódico. E incluso en este caso, los paneles solares se amortizarán en aproximadamente 10 años con un período de garantía promedio de 25 a 30 años. Si sigue todas las reglas de operación, las baterías pueden durar aún más.
• En comparación con las plantas de energía convencionales que consumen combustible y contaminan el medio ambiente, el esquema de operación del panel solar es amigable con el medio ambiente y libre de ruido.

Sin embargo, estos dispositivos también tienen serios inconvenientes, que deben tenerse en cuenta de antemano en los cálculos preliminares:

• El alto costo no solo de los paneles, sino también de los componentes adicionales: inversores, controladores, baterías.
• La recuperación lleva demasiado tiempo. El dinero se retira de la circulación durante mucho tiempo.
• Los sistemas solares con células fotovoltaicas requieren mucho espacio. Muy a menudo, para estos fines, es necesario utilizar no solo todo el techo, sino también las paredes del edificio, violando gravemente las soluciones de diseño de diseño. Se necesita espacio adicional para baterías de gran capacidad, que en algunos casos pueden ocupar toda una habitación.
• El proceso de generación de electricidad ocurre de manera desigual, dependiendo de la hora del día. Esta desventaja se compensa con baterías recargables, que acumulan electricidad durante el día y la entregan a los consumidores por la noche.

Los transistores como base de los elementos ligeros.

Los transistores son adecuados para nuestro propósito, ya que en su interior tienen un elemento semiconductor de silicio bastante grande, que se utilizará para producir electricidad. Lo mejor es optar por transistores como KT o P.

Empezamos a trabajar. En primer lugar, cortamos la cubierta de metal de la cantidad requerida de componentes de radio. Esto es más fácil de hacer si sujeta el transistor en un tornillo de banco y lo corta con cuidado con una sierra para metales. Dentro verás un plato. Esta es la parte principal de nuestro futuro dispositivo. Nos servirá de fotocélula.

La pieza tendrá tres contactos: base, emisor y colector. Durante el montaje, elija la unión del colector debido a la mayor diferencia de potencial.

El ensamblaje de bricolaje se realiza mejor en una superficie plana de cualquier material dieléctrico.

Esos transistores que va a usar al crear paneles solares deben verificarse antes del trabajo. Para estos fines, tomamos un multímetro simple. Es necesario cambiar el dispositivo al modo de medición actual, encenderlo entre la base y el colector o emisor del transistor. Quitamos el indicador, generalmente el dispositivo muestra una pequeña corriente, fracciones de miliamperios, con menos frecuencia un poco más de 1 mA.A continuación, cambiamos el dispositivo al modo de medición de voltaje (límite de 1-3 V) y obtenemos el valor del voltaje de salida (será unas pocas décimas de voltio). Es deseable agrupar transistores con valores cercanos de voltajes de salida.

Montaje

Los paneles solares están montados en una estructura especial, cuya conexión determina la capacidad de las fotocélulas para resistir cualquier condición climática adversa, como viento fuerte, lluvia o nieve, y también contribuye a la formación del ángulo de inclinación correcto.

Este diseño está disponible para la venta en las siguientes versiones:

• inclinado: estos sistemas son óptimos para la instalación en un techo inclinado;
• horizontal: este diseño está unido a techos planos;
• independiente: las baterías de este tipo se pueden instalar en techos de varios tipos y tamaños.

El proceso real de instalación de baterías se lleva a cabo de acuerdo con el siguiente esquema:

para sujetar el marco del panel, se requieren cuadrados de metal de 50x50 mm de tamaño y, además, se requieren cuadrados de 25x25 mm, que se utilizan para vigas espaciadoras

La presencia de estas partes permite lograr la resistencia requerida y la estabilidad confiable de la estructura de soporte, y también brinda el grado de inclinación requerido;
necesita ensamblar el marco, para esto necesita pernos de 6 y 8 m de tamaño;
la estructura se fija bajo la cubierta con montantes de 12 mm;
se forman pequeños agujeros en los cuadrados preparados, se fijan paneles en ellos y se deben usar tornillos para una adhesión más fuerte;
durante el trabajo de instalación, se debe prestar especial atención al marco; no debe haber distorsiones en él.De lo contrario, puede producirse una sobretensión del sistema, lo que provocará la rotura del cristal.

La instalación de fuentes de luz y calor solar en la logia o en el balcón se realiza de acuerdo con un esquema similar. La única excepción es que el marco está montado en un plano inclinado. Se monta entre el muro de carga principal del edificio y el final del edificio, siempre en el lado soleado. El autoensamblaje y la instalación de paneles solares de todo tipo no requieren experiencia en trabajos de construcción, sin embargo, aún se requerirán algunas habilidades de instalación. Si lo desea, puede hacer la instalación usted mismo de manera segura, sin embargo, antes de eso, sería bueno leer literatura especial sobre las características de instalar pales y estudiar las clases magistrales que están disponibles en Internet y, por supuesto, abastecerse de las herramientas necesarias.

Las ventajas de trabajar con sus propias manos son obvias: esto ahorra mucho dinero en los servicios de especialistas, así como una gran experiencia, que puede ser necesaria en el futuro. Al mismo tiempo, si las habilidades personales no son suficientes, no solo puede perder tiempo, sino también hacer que los paneles se rompan o su baja eficiencia.

Peculiaridades

Hoy en día, las baterías basadas en policristales fotovoltaicos son las más utilizadas. Dichos modelos se distinguen por una combinación óptima de costo y la cantidad de energía liberada, se caracterizan por un rico color azul y una estructura cristalina de los elementos principales. Son muy fáciles de instalar, porque incluso un maestro sin mucha experiencia laboral puede hacer frente a su instalación en su casa privada y en su casa de verano. Los paneles fotovoltaicos monocristalinos son los segundos más populares.

Las células solares, que se fabrican con silicio amorfo, se caracterizan por una eficiencia bastante baja. Sin embargo, sus precios son algo más bajos que el costo de los análogos, por lo que el modelo tiene demanda entre los propietarios de casas de campo. Por el momento, dichos productos representan el 85% del mercado. No pueden presumir de modificaciones de telururo de cadmio y alta potencia; su producción se basa en una técnica de película de alta tecnología: varios cientos de micrómetros de una sustancia se aplican en una capa delgada sobre una superficie duradera. Es de destacar que a un nivel muy bajo de eficiencia del producto, su potencia es bastante alta.

Otra opción para las baterías alimentadas por energía solar son las variedades basadas en semiconductores CIGS. Al igual que la versión anterior, se fabrican con tecnología de película, sin embargo, su eficiencia es mucho mayor. Por separado, vale la pena detenerse en el mecanismo de funcionamiento de las fuentes de luz y calor solar. Lo principal es darse cuenta claramente de que la cantidad total de energía generada no puede depender de ninguna manera del grado de eficiencia del dispositivo en sí, ya que, por lo general, todos los tipos de dispositivos de este tipo proporcionan una potencia aproximadamente idéntica. La principal diferencia es que los paneles que tienen la máxima eficiencia requieren menos espacio para su instalación.

Los paneles solares tienen las siguientes ventajas:

• respeto al medio ambiente de la instalación;
• largo período de uso, durante el cual las características operativas de los paneles se mantienen constantemente altas;
• las tecnologías rara vez fallan, por lo tanto, no necesitan servicio y mantenimiento, así como reparaciones costosas;
• el uso de baterías a base de energía solar le permite reducir el costo de la luz y el gas en la casa;
• Los paneles solares son excepcionalmente fáciles de usar.

Sin embargo, tampoco estuvo exento de inconvenientes, entre los más significativos se encuentran los siguientes:

• paneles de escenario alto;
• la necesidad de instalar una variedad de equipos adicionales para sincronizar efectivamente la energía recibida de la batería y la obtenida de las fuentes tradicionales;
• los paneles no se pueden utilizar en contacto con aparatos que requieran potencias elevadas.

9. Características de las células solares con puntos cuánticos

El último tipo prometedor de baterías del futuro cercano se basa en las propiedades de los puntos cuánticos físicos: inclusiones microscópicas de semiconductores en un material particular. Geométricamente, estos "puntos" tienen un tamaño de unos pocos nanómetros y están distribuidos en el material para cubrir la absorción de radiación de todo el espectro solar: IR, luz visible y UV.

Una gran ventaja de estos paneles es la capacidad de trabajar incluso de noche, generando alrededor del 40% de la potencia máxima diurna.

Características físicas y técnicas, certificación y etiquetado

Independientemente del material del que estén hechos los paneles solares, cada uno de ellos tiene una serie de las siguientes características importantes:

• mecánico – parámetros geométricos, peso total, tipo de marco, vidrio protector, número de celdas, tipo y ancho de conectores;
• eléctrico o voltioamperio - potencia, voltaje de circuito abierto, intensidad de corriente a carga máxima, eficiencia del panel en su conjunto y de las celdas individuales en particular;
• la temperatura - cambio en la eficiencia con un aumento de la temperatura en una cierta unidad de magnitud (generalmente - 1 grado);
• calidad – vida útil, tasa de degradación de la celda, presencia en las listas de calificación de Bloomberg;
• funcional - la necesidad y facilidad de cuidado, facilidad de instalación / desmontaje.

Los paneles solares industriales, sin importar de qué materiales estén hechos, deben estar certificados. Los requisitos mínimos son los certificados de calidad ISO, CE, TUV (internacional) y/o de la Unión Aduanera (cuando se vende dentro de la misma).

Las normas internacionales de etiquetado también son obligatorias. Por ejemplo, abreviatura CHN-350M-72 contiene la siguiente información:

• CHN - identificador del fabricante (en este caso, ChinaLand chino);
• 350 – potencia del panel en vatios;
• METRO – designación de silicio monocristalino;
• 72 es el número de células fotovoltaicas en el módulo.

¿Qué puedes hacer paneles solares con tus propias manos en casa?

Esto requiere lo siguiente:

Esquema y cálculos predibujados.
Una cierta cantidad de células solares prefabricadas: son las más baratas para comprar en línea, por ejemplo, en el sitio web de Aliexpress o en otras tiendas en línea

Preste atención al hecho de que todos los elementos tienen las mismas características eléctricas. Marco casero hecho de madera y madera contrachapada: las reglas para su montaje se pueden ver en numerosos videos en la red

Plexiglás o plexiglás para revestimiento protector de superficies.
Pintura y pegamento resistente al calor para el procesamiento de superficies de madera.
Tiras de contacto y cables para conectar celdas. Los diagramas de varios métodos de conexión también se pueden estudiar en Internet.
Soldador y soldadura. El trabajo de soldadura debe realizarse con mucho cuidado para no estropear el producto futuro.
Pegamento de silicona y tornillos autorroscantes para la fijación de la batería prefabricada en el marco.

Una batería pequeña requerirá una inversión de alrededor de $30-50, mientras que una versión de fábrica de la misma capacidad costará solo un 10-20% más.

Por supuesto, un diseño casero de este tipo no durará 25 años, no tendrá la potencia de una planta de energía solar completa y no podrá presumir de una eficiencia significativa. Sin embargo, su coste será el mínimo posible.

dispositivo de batería solar

Para que la batería solar sea capaz de convertir la luz del sol en corriente, son necesarios los siguientes elementos:

1. Una capa fotovoltaica que juega el papel de un semiconductor. Está representado por dos capas de materiales de diferente conductividad. Aquí, los electrones pueden moverse de la región p (+) a la región n (-). Esto se denomina unión p-n;
2. Se coloca un elemento entre dos capas de semiconductores, lo que es esencialmente un obstáculo para la transición de electrones;
3. Fuente de poder. Es necesario conectar a un elemento que impida la transferencia de electrones. Transforma el movimiento de los electrones cargados, es decir, crea una corriente eléctrica. Batería acumuladora. Acumula y almacena energía;
4. controlador de carga. Su función principal es conectar y desconectar la batería solar en función del nivel de carga. Los dispositivos más sofisticados pueden controlar el nivel máximo de potencia;
5. Convertidor de CC a CA (inversor);
6. Estabilizador de voltaje.Proporciona protección para el sistema de batería solar contra sobretensiones.